Расчет трехфазного разъединителя

 ρ = 0.026  Ом*мм²/м

Сопротивление контакта R_к можно считать состоящим из

сопротивление из металла переходного сопротивления;

R_к=R_п + Z_m = 3,64*10^-5 * 1,11*10^-5 = 4,04*10^-5 Ом      (4.3)

При прохождении тока по токоведущему контору разъединителя

происходит  частичный переход электрической  энергии в тепловую и при этом составляет;

Р=I

* R_к =200² *4.04 *10^-5=1.62 Вт      (4.4)

Нагрев при  температуре воздуха 35⁰ С и коэффициент теплопередачи

α=11 Вт/С*м²

Өн=	Р	+35=	1,62	+35=45,50 С , где     (4.5)
	Sα		0,014*11

 

 

 

 

S – поверхность охлаждения

S=р*L=2(a+b)L=2 (0,005+0,02)*0,28=0,014 м²

Температура Ө_н=46⁰ С является допустимой.

6. Расчет термической стойкости

Каждый  аппарат, включаемый в цепь последовательно, может оказаться в режиме короткого замыкания, то есть через него может кратковременно протекать ток во много раз превышающей номинальный ток

аппарата.

Длительность  прохождения таких токов зависит  от времени срабатывания релейной защиты.

Поэтому аппараты приходятся рассчитывать на кратковременное действия значительно  повышенных токов.

Подробный расчет предназначен для для придания аппарату определенной термической стойкости.

Расчет  термической стойкости ведется  по формуле:

δ t=	сг	ln(	α0+ Ө0	), где  (5.1)
	α0 ρ0		α0+ Өн

 

 

 

 

с     – теплопроводность проводника (Дж/⁰С *г)

г     – удельный вес материала проводника (г/см²)

α₀   – температурный коэффициент увеличения сопротивления (1/⁰С) для

          температуры 0⁰ С.

Ө_н  – температура проводника в момент начало  к 13 (⁰С)

Ө₀  – температура проводника в момент окончание короткого замыкания (⁰С)

ρ₀     – удельное сопротивления материала проводника при температуре 0⁰ С

Для полых токоведущих частей из меди допустимо температура при кратковременном  нагреве равна 300⁰ С.

δ t =	0,39 * 8,9	ln(	1+0,00425 * 300	)=49497,3*ln 1,8=29104 (А/мм2 )
	0,00425 * 0,0165		1+0,00425*60

 

Расчет плотности  тока к.з. при t=10 сек .

Расчет  тока термической стойкости : I_k = δ_к *S=54*100=5400 A

 

δк √	29104	=54 А* мм2
	10

 

 

 

 

I_k – ток термической стойкости, то есть максимальное значение тока к.з.

который разъединитель выдерживает в  течении секунды без     повреждений или перегрева его  деталей препятствующих дальнейшей его работе.

Электрический и механический расчет изолятора.

Одним из условий без аварийной работы разъединителя является ее

достаточная длина утечки тока изолятора и его механическая прочность.

L_из=V_{наиб раб} *L ; где     (5.2)

L_из         – длина пути утечки изолятора

V_{наиб раб} = наибольшее рабочее напряжение сети 10 кВ и равна 2 см/кВ

L_из = 12 *2=24 см

Выбираем  стандартный опорный изолятор

типа  ГОСТ 189797–85 ИОР–10–7,50 II УХЛ2

с длиной  пути утечки 25 см.

Высоту  изолятора определяем соответственно длине разрядных расстояний, зная значения испытательных напряжений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Электрический и механический расчет изолятора

Приступая к определению сил, воспринимаемых опорным изолятором разъединителя, мы будем понимать под термином «Опорный изолятор» (прил. 3). При работе разъединителя опорный изолятор воспринимает воздействия: электродинамических сил; сил, передаваемых от привода при включении и отключении разъединителя; стяжения подводящих проводов; силы давления ветра на боковую поверхность опорного изолятора и деталей, закрепленных на нем. Последние две силы имеют место только в разъединителях наружной установки. В них образование гололеда  вызывает  появление дополнительных  нагрузок от массы льда и от увеличения поверхности, которая испытывает давление ветра. При этом нормируемая скорость ветра при гололеде принимается меньшей, чем при отсутствии гололеда. Силы, создаваемые ветровой нагрузкой и гололедом, являются распределенными.

Указанные выше силы могут иметь  различное направление и воздействовать на опорный изолятор в разное время. Точка приложения этих сил по отношению к опорному изолятору может быть различной. Геометрическая сумма вышеуказанных сил в предположении их одновременного действия, приведенных к верхнему колпачку опорного изолятора, называется наибольшей расчетной нагрузкой.

Для надежной работы разъединителя  необходимо, чтобы механическая прочность опорного изолятора, характеризуемая разрушающей нагрузкой (на изгиб, кручение, растяжение), значительно превышала наибольшую расчетную нагрузку.

ГОСТ 689—69 «Разъединители переменного  тока высокого напряжения» устанавливает необходимый запас механической прочности К_з.м опорных изоляторов, а именно:

а)   для разъединителей внутренней установки — на все напряжения и для разъединителей наружной установки — на номинальное напряжение менее 35 кВ К_з.м должен быть не менее 1,5;

б) для разъединителей наружной установки на номинальные напряжения 35 кВ и выше К_з.м должен быть не менее 2,5.

При этом под указанным запасом  механической прочности понимается отношение статической разрушающей  нагрузки опорного изолятора к наибольшей расчетной нагрузке.

Фактическая разрушающая нагрузка изолятора является величиной переменной и зависит от многих причин, в том числе от состава сырья и режима обжига. Она изменяется как в пределах одной партии, так и в различных партиях. Поэтому правильнее при определении запаса механической прочности опорного изолятора исходить из его минимальной разрушающей нагрузки. Отношение минимальной статической разрушающей нагрузки Р_{мин.разр}, установленной для данного опорного изолятора, к наибольшей расчетной нагрузке, приходящейся на этот изолятор, будем называть расчетным запасом механической   прочности   опорного изолятора.

Наибольшая расчетная нагрузка, воспринимаемая опорным изолятором разъединителя внутренней установки, создается электродинамическими силами и силами, которые воспринимаются опорным изолятором при включении и отключении разъединителя. В разъединителях наружной установки в наибольшую расчетную нагрузку кроме сил, указанных выше, следует включать стяжение подводящего провода и силу давления ветра как на поверхность опорного изолятора, так и па поверхность всех деталей и узлов, закрепленных на нем.

Эти силы могут не совпадать по направлению или воздействовать на разъединитель в различные моменты времени. Так, например, стяжение подводящего провода и электродинамические силы в подавляющем большинстве случаев направлены взаимно перпендикулярно, а усилия, возникающие при включении и отключении разъединителя, и электродинамические силы никогда не будут действовать одновременно.

Изолятор должен иметь внутреннее крепление арматуры посредством  цементирующего вещества. Ось ножа расположена на 3,6 см выше торца изолятора.

Определяем активную высоту изолятора  по формуле исходя из испытательных напряжений, приведенных в ГОСТ 1516.1—76.

l=0.285 U_пр- 2,85  , где        (6.1)

U_пр- действующее значения пробивного напряжения в воздухе принимают на 5-10 % превышающим испытательное для данного класса (выдерживаемое) напряжение внешней изоляции в сухом состоянии при чистоте 50 Гц, кВ:

U_пр= (1,051,1) * U_сух     (6.2)

  l  -  длина воздушного промежутка, см

l = 0,285*1,1 *47—2,85=11,87 см,

а при импульсном испытательном напряжении l=11 см. Принимаем активную высоту равной 12 см.

Расчету опорного изолятора должен предшествовать расчет электродинамических сил, действующих между токоведущими частями разъединителя по формуле:

Р_эд.р=Р_эд*Н_н/Н_п=10^-7*I_п.с*К_ф.с         (6.3)

Рэд.р=Рэд*Нн/Нп=10-7*I *Кф.с*	(lш+lк)*Нн	,  где
	а*Нп

 

 

 

I_п.с  – амплитудное значение предельного сквозного тока,

К_ф.с-  коэффициент формы поперечного сечения токоведущего контура разъединителя внутренней установки (лежит в пределах от 0,95 до 1,025) ,

 l_ш-    расстояние от конца токоведущего контура разъединителя до оси первой шинной опоры (обычно принимают 100 см. в разъединителях с жестким присоединением ошиновки), см

 l_к -  длина токоведущего контура разъединителя, см

а –  расстояние между осями соседних полюсов разъединителя ,см

   Н_н- высота изолятора , см

Рэд.р =10-7*1048802*0,25*	(100+28)*12	=1410 (Н)
	25 * 12

 

Эта сила действует на один изолятор разъединителя и равная 1410 Н (144 кгс). Для разъединителей внутренней установки запас механической прочности опорного изолятора должен быть не менее 1,5. Принимаем его равным 2. Тогда расчетная нагрузка на изолятор, приложенная к оси ножа, составляет 1410*2 = 2820 Н. Эту величину принимаем за минимальную разрушающую нагрузку на изгиб проектируемого изолятора, приложенную в точке О на рис.3.                                                           

 

                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3. Опорный изолятор с внутренним креплением арматуры

 

Теперь следует определить, исходя из конструктивных соображений, диаметр и число болтов, посредством которых токоведущие части будут крепиться в верхней арматуре 14 изолятора, а также конфигурацию арматуры. Из рабочего чертежа токоведущих частей находим, что в месте крепления неподвижные контакты представляют собой пластину шириной 10 мм. Такую пластину 16 можно закрепить двумя винтами 17 М8. Расстояние между винтами принимаем равным 18 мм. Тогда наружный диаметр верхней арматуры, если считать, что расстояние от центра винта до края арматуры равно 6 мм, составит 18 + 2-6 = 30 мм. Арматуру выполняем из чугуна СЧ-18-36.

Высоту верхней арматуры находим  по формуле;

                           h₁=(A₁+

)/C , где                 (6.4)

А= 3*10^-5* D *[τ_ц]+0,126 Р_{мин.разр}            ;

А₁=0,255 Р_{мин.разр} – 3*10^-5 D *[τ_ц]        ;

В= 0,764*10^-5 D₁ ([σ_см.ц]+ [τ_ц]) Р_{мин.разр} ;

С= 10^-5* D₁ ([σ_см.ц]+ [τ_ц]).

 

σ_см.ц=400*10⁵

τ_ц     =48*10⁵

=1,3

Вместо  D₁ и h_изг подставляем соответственно d_ap=3 см и H₁=3,6 см  (рис.2)

h1 =	-372.2+	=3.48 см
	1344

 

А= 0.252 * 2820 * 1.3 - 3*10^-5 *3² * 48*10⁵=-372.2           ;

А₁=0.764 * 10^-5* 3 * 448 *10^-5 *1.3 * 2820=3764307    ;

С= 10^-5* 3 * 448*10⁵=1344.

Принимаем высоту арматуры h₂=2,5 см. На ее внешней поверхности предусматриваем углубления для заполнения цементирующим веществом, а также небольшой литейный конус (1 мм на диаметр), спроектированная в прил. 3.

Перейдем теперь к определению  размеров нижней арматуры. При небольшой разрушающей нагрузке на изгиб для проектируемого изолятора крепление его к раме разъединителя можно осуществить одним винтом М12. Это удобно технологически, так как отпадает надобность в обеспечении строгого соответствия резьбовых отверстий в верхней и нижней арматуре при армировке изолятора. Нижнюю арматуру выполняем из стали 15. На боковой поверхности арматуры протачиваем ряд канавок глубиной 2 мм и шириной 10 мм. Толщину стенки арматуры (от наружного диаметра резьбы до внутренней поверхности канавки) принимаем равной 2,5 мм. Тогда наружный диаметр нижней арматуры будет 12+2-2+ 2-2,5=21 мм. По наружному диаметру арматуры наносим накатку (приложение №3).

Определим высоту нижней арматуры по формуле:

h₁=(A₁+

-А)/C                   (6.5)

h2 =	-1097	=5,68 см
	940,8

 

А= 3*10^-5 * (2,1)² * 48*10³ + 0,126 * 1,3 * 2820 =1097           ;

А₁=0,76*10^-5 * 2,1 * 448*10⁵ * 1,3 * 2820 = 2635015           ;

С= 10^-5 * 2,1 * 448910⁵=940,8                                                ;